特快速暂态过电压的测量方法及产生和传播机理研究

气体绝缘变电站隔离开关和断路器操作时由于电弧的重燃会激发特快速暂态过程（VFT），产生高频、高幅值、陡波前的过电压（VFTO）和强烈的空间电磁场。VFTO对开关本身及与之连接的变压器等一次设备绝缘会产生危害，同时经空间辐射或传导等途径干扰二次设备，严重影响系统的稳定性。本项目将研究VFTO的测量原理，研制满足高场强、宽频带、小扰动要求，基于晶体光电效应的光电电场传感器，采用场强反推的方式实现测量，制定可以全面评价VFTO特性和分布的测量方法。通过试验室模拟试验、现场测量结合气体放电理论，研究开关操作时VFT的产生机理和传播机理，构造考虑间隙击穿和电弧重燃或预击穿的开关电气特性模型，建立同时考虑过电压和电磁辐射的特快速过程计算方法。通过试验和理论计算，分析变电站VFTO特性和在一次系统中的分布，总结VFTO和暂态电磁场的特征参数，分析VFT对一次设备和二次系统的影响。

项目组按照预定技术路线，围绕电力系统气体绝缘开关产生的特快速暂态过电压（VFTO）问题，开展了系统的理论分析、设备研发、试验测量、仿真分析，结合特特快速暂态测量和分析方面的最新进展，完成了项目既定研究内容。. 研究了适用于GIS变电站外部VFTO测量方法，分析了周边物体的影响和电场与电压之间的关系；开展了用于VFTO测量设备的研究，研究了基于光电效应的电场传感器方案，开展了样机研制，并分析了电场测量系统刻度因数及场强形式的影响；测量了110、500、750、1000kV等不同电压等级GIS变电站的外部VFTO特性，分析了GIS产生的VFTO特性，研究变电站GIS开关操作时特快速瞬态电磁过程的产生和传播机理；开展了用于GIS变电站VFTO分析的暂态计算方法研究，开展了开关、母线、变压器、互感器等关键设备的仿真建模工作，开展了VFTO仿真计算；研究了VFTO对变电站二次设备的影响，总结了二次侧电磁暂态特征数据。. 基于以上研究内容，达到了项目预定目标，取得的成果包括：提出了基于场强反推的GIS变电站外部VFTO测量方法，考虑周边物体的影响解决了电场与电压之间的关系；成功研制了用于VFTO测量的光电效应电场传感器，满足了小扰动、高幅值、宽频带、复杂测量环境、高精度的场强测量要求，传感器量程达1MV/m、频带300MHz；获得了110、500、750、1000kV等不同电压等级VFTO特性的一手数据，提取了GIS产生的VFTO波形的特征参数；掌握变电站GIS开关操作时特快速瞬态电磁过程的产生和传播机理；提出了用于GIS变电站VFTO分析的基于波过程理论和Bergeron模型的宽频电磁暂态计算方法；考虑了GIS开关操作时间隙击穿和电弧重燃特性，基于宏模型实现了对开关的建模，采用耦合多传输线实现了变压器和母线的建模；通过仿真计算，获取了VFTO的分布规律；总结了VFTO对变电站二次设备的影响，获得了二次侧电磁暂态特征数据。. 结合该项目的研究，培养硕士3名，博士3名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文9篇，申请发明专利2项。